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予圧とは?

金型用ガイド部品に使用されるボール/ローラーは必ず予圧がかかりながら摺動します。
予圧は精度や寿命に大きく関わってくるため、ボール/ローラーガイドを使用する上で非常に大切なこととなります。
ここでは、予圧の定義や予圧設定値による精度・寿命の違いをご紹介します。

定義・特徴

予圧の原理予圧とはベアリングのつぶし量です。
予圧の値は、ガイドポストの外径(d1)に、2倍した転動体の直径(d3)を足し、ガイドブッシュの内径(d2)を引くことで求められます。
素材が塑性変形を起こさない最大の弾性エネルギーは、ヘルツ面圧で決まります。
・ボールのヘルツ面圧:4,400N/mm2
・プロファイルローラーのヘルツ面圧:4,200N/mm2
予圧が大きいとガイドの剛性は高くなる一方、耐荷重と動きの滑らかさは低減し、荷重によっては寿命が短くなる場合もあります。

ラジアル荷重がベアリングに与える影響

ラジアル荷重がベアリングに与える影響は、ガイドポストの直径によって異なります。
ガイドポストの直径が大きくなると、ガイドポストからベアリングに対する曲率半径が大きくなる(=接触領域が増える)ため、荷重が分散されやすくなり、ガイドの耐荷重が増します。
さらに、リテーナ内のベアリングの数が増えるため、個々のベアリングにかかる負荷はさらに小さくなります。
ベアリングの数だけでなく、最適な分散性も重要です。
ストローク速度によっては、リテーナ材質の熱伝導率を考慮することも重要になります。
高負荷の条件下において熱が発生しても、ベアリングから放熱できるようにするためです。

予圧設定値による精度・寿命の違い

下の図は、異なる予圧設定による個々のベアリングへの面圧値を示しています。
ガイドポストはφ32mmを用い、最大予圧と最小予圧の予圧の差異は9μmとし、ガイドポストのラジアル方向から最大の面圧(Fr)をかけています。
最大の面圧は、ベアリング(ボール/ローラー)が塑性変形を生じる面圧4400N/mmとなるまでの面圧とします。最大予圧と最小予圧

最大予圧の時:予圧量が大きい、つまり弾性変形量が大きいため、弾性変形量の余地は小さく、Frをかけたときの芯のズレの余地は小さい。しかし、ベアリング自体が持つ全体的な耐荷重の中で、残った耐荷重の容量も小さいため、高荷重下では寿命は縮まります。
最小予圧の時:予圧量が小さい、つまり弾性変形量が小さいため、弾性変形量の余地は大きく、Frをかけたときの芯のズレの余地は大きい。しかし、ベアリング自体が持つ全体的な耐荷重の中で、残った耐荷重の容量も大きいため、高荷重下では寿命は延びます。

このように、最大予圧でも最小予圧でもメリット、デメリットがあるが、アガトン社のガイドユニットは、長年の経験から最も高精度かつ長寿命になるような最適な予圧量を設定しております。

この記事の内容はカタログ「アガトン プレス・プラスチック金型標準部品」にも記載してあります。
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